液滴冲击流动液膜的格子Boltzmann模拟

采用单相格子Boltzmann方法模拟了二维液滴冲击流动液膜的含自由面的流动过程。由定义的质量与密度的比例系数来追踪气液自由面的变化。表面张力通过计算界面格点处作用在流体上的汽液相间作用力加入到模型中。数值模拟了速度比(液膜流动速度与液滴撞击速度的比值)和液膜相对厚度(液膜实际厚度与液滴直径的比值)不同时,液滴冲击流动液膜的过程。与液滴冲击静止液膜时的计算结果和理论分析结果进行对比,分析了液滴冲击流动液膜后产生的流动现象及其内在机理,产生的水花的铺展半径和溅起高度随时间的变化规律,并讨论了飞溅产生条件。     

基于格子玻尔兹曼方法的液滴撞击移动液膜过程模拟

采用可调节表面张力的大密度比格子玻尔兹曼伪势模型模拟了液滴撞击移动液膜的过程,并进一步分析了雷诺数、韦伯数和初始液膜运动速度对液冠演化的影响。结果表明:初始液膜运动速度会增大上游液冠处撞击后液膜运动速度不连续性,促进上游液冠变形,同时减小了下游液冠处撞击后液膜运动速度不连续性,对下游液冠演化具有抑制作用;上游液冠高度随雷诺数增大而增大,但不随韦伯数的变化发生改变,而下游液冠高度则随着雷诺数和韦伯数的增大而减小,但雷诺数和韦伯数均不影响到液冠半径的演化;随着初始液膜运动速度增大,上、下游液冠高度减小,但液冠半径增大。格子玻尔兹曼伪势模型模拟结果与试验结果和理论分析一致,证明格子玻尔兹曼伪势模型可以有效模拟复杂液膜条件下液滴撞击液膜过程。     

基于LBM伪势模型下的三维大密度液滴撞击壁面数值研究

伪势多相MRT-LBM(多重松弛时间格子玻尔兹曼方法)模型由于理论简单,自动形成两相界面等特点,被大量应用于多相流中的液滴撞击以及气液相变等数值模拟问题。该文基于二维和三维大密度伪势MRT-LBM模型,研究了三维条件下的单液滴和连续双液滴撞击壁面过程。结果表明:三维MRT-LBM能很好地实现对单液低撞击过程的模拟,且能精确地捕捉不同润湿特性下的撞击过程。该模型在液滴碰撞的模拟中与实验结果吻合程度较高,较高的液滴雷诺数与亲水程度有利于液滴在壁面上的铺展。     

格子Boltzmann方法在模拟液滴冲击液面中的应用

应用格子Boltzmann两相流方程,结合水平集界面重构技术,提出两相流的数值模型。采用五阶WENO格式和三阶TVD Runge-Kutta格式来求解水平集函数的输运方程。在不计重力的条件下,对液滴平动进行了数值模拟,在计算了800个时间步后,平动的液滴仍然保持原来的形状。在考虑重力的条件下,对液滴在空气中自由下落、液滴冲击液面的全过程进行了数值模拟,精细地刻画了液滴和液面界面的变化过程。数值模拟结果与物理现象一致。     

液滴冲击液面的格子Boltzmann仿真研究

应用格子Boltzmann两相流方程，结合水平集界面重构技术，提出两相流的数值模型。采用五阶WENO格式和三阶TVD Runge-Kutta格式来求解Level Set 函数的输运方程。在不计重力的条件下，对液滴平动进行了数值模拟，在计算了800个时间步后，平动的液滴仍然保持原来的形状。在考虑重力的条件下，对液滴在空气中自由下落、液滴冲击液面的全过程进行了数值模拟，计算结果精细地刻画了液滴和液面界面的变化过程。数值模拟结果与物理规律一致。     

基于CIP方法的液滴冲击薄膜数值模拟

该文基于自主研发的气-液二相流数学模型开展了液滴冲击液膜的数值模拟,采用紧致插值曲线(CIP;constrained interpolation profile)方法离散Naiver-Stokes方程,完成速度-压力场的求解,并分析了速度场、压力场随时间变化的过程。采用VOF/WLIC(volume of fluid/weighed line interface calculation)方法重构了自由面,并与SOLA-VOF方法及CIP方法得到的自由面进行比较,验证VOF/WLIC方法对于液滴冲击液膜问题的适用性。通过调整气、液二相流的黏度比值,分析比较了不同黏度比值对模拟结果的影响。结果表明,CIP方法可精准重现液滴冲击过程中的复杂自由面流动现象。     

液滴倾斜撞击液膜液冠演化规律

采用可调节表面张力的大密度比格子玻尔兹曼伪势模型模拟了液滴倾斜撞击液膜的过程,分析了不同雷诺数、韦伯数、液膜厚度和碰撞角对液冠演化的影响。结果表明: 碰撞时能量损失随着雷诺数增大而减小,但随着液膜厚度增大而增大;上下游液冠高度均随着雷诺数、韦伯数和碰撞角的增大而增大;同时上下游液冠高度随着液膜厚度的变化呈现先增大后减小的趋势,液膜厚度为0.25倍液滴半径时达到最大值。液冠延伸长度同样随着雷诺数和碰撞角增大而增大,但并不随着韦伯数的增大而变化,同时液冠延伸长度随着液膜厚度增加而减小。     

吸水口前自由表面旋涡的LBM模拟

作者采用单相自由面格子Boltzmann模型,数值模拟了水槽底部吸水装置在科氏力诱导下自由表面旋涡的生成和演化过程。计算结果表明本文采用的方法能够较好地捕捉自由表面旋涡流动的大幅度变化的气液两相界面,同时通过对自由表面旋涡生成与演化过程中不同水平面的速度矢量分布,切向速度、径向速度、环量以及涡核半径的变化规律的分析,说明计算结果与实验结果是一致的。     

T型槽微流液滴形成的数值模拟研究

基于水平集法(level set method),对微流控芯片中形成液滴的两相流动现象进行了数值模拟。考察分散相液滴在芯片槽中的形成方式,以及流量等因素对液滴形态和大小的影响,研究其对流动的影响。     

液滴撞击球面的撞击力特性数值研究

液滴撞击固体表面现象在很多领域十分常见且有重要作用。液滴撞击固体表面的撞击力特性是液滴撞击固体表面过程研究的重要特性之一,其研究近年来受到很多学者关注。该文采用有限体积法和VOF(Volume of Fluid)方法,通过Fluent仿真软件数值研究了液滴撞击球形表面产生的撞击力特性。数值计算结果表明,球面直径对液滴撞击其表面的撞击力有显著影响,在其它撞击条件相同情况下,球面直径越小,液滴撞击力峰值越小,撞击力峰值出现时间越早。通过分析数值计算结果,得到了无量纲撞击力随无量纲时间的变化曲线。数值计算结果也揭示了撞击力达到峰值时的液滴形态特征。     

RESEARCH ON STABILITY OF LIQUID FILM ON HOT SOLID SURFACE IMPINGED BY SMALL DROPLETS

A heat and mass transfer model was proposed for the thin liquid film on the hot solid surface cooled by the impinging small droplets, with consideration of the effect of the droplet impact, surface tension, thermocapillary, evaporation/condensation, and van der Waals attraction. The nondimensional equation for predicting the evolution of the interface of the thin liquid film was derived in the presented model with the relevant boundary conditions. The stability of the thin liquid film impacted by cool small droplets is discussed.     

液滴特性对气液两相喷嘴效率影响的研究

从液体特性对两相喷嘴效率影响方面考虑,研究了一种两相喷嘴的流动模型-液体热传递模型,该模型能够完全描述两相混合物在喷嘴中的无摩擦流动情况。用VB软件就该影响进行了数值模拟,模拟结果显示液滴特性中的液滴破碎对两相喷嘴的效率影响是很大的,而液滴拉力系数和液滴热传递系数对两相喷嘴效率的影响较低,液体的比热越大,两相喷嘴的效率越低,而液体的表面张力或密度越低,两相喷嘴的效率越高。同时,对用该模型所设计的空气/水和空气/DTA两相喷嘴分别进行了实验测试,测试结果与理论模拟能够较好的吻合。     

Tracking methods for free surface and simulation of a liquid droplet impacting on a solid surface based on SPH

With some popular tracking methods for free surface, simulations of several typical examples are carried out under various flow field conditions.The results show that the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method is very suitable in simulating the flow problems with a free surface.A viscous liquid droplet with an initial velocity impacting on a solid surface is simulated based on the SPH method, and the surface tension is considered by searching the free surface particles, the initial impact effect is co...     

球柱形贮箱中液体的受迫晃动特性研究

本文研究了两底为半球面腰为圆柱面贮箱中液体的受迫晃动特性，用一类特征函数展开的方法求出液体自由晃动频率、速度势，推出了贮箱横向振动时液体受迫振动的动力学方程和边界条件，利用函数展开法求出液体受迫振动速度势，并给出了腔体横向振动时液体对腔壁的反力和反力矩，最后给出了数值计算结果。     

明渠自掺气水流掺气浓度分布研究

本文利用明渠水流垂向脉动流速正态分布假设，从水滴自由跃移及撞击分析出发导出跃移区水团浓度分布函数。同时，利用悬移区气泡扩散理论，修正界面外的应力关系，推求出悬区气泡浓度分布函。分布函数在界面处具有一阶连续导数，并由此可以求出界面浓度Ｃｒ。经与实验资料率定，给出了各参数的经验关系，并与室内试验实测浓度分布吻合良好。     

考虑液体压缩性影响下空泡溃灭冲击波对固体颗粒的作用

本文讨论了无限大水域中考虑液体压缩性影响下空泡溃灭冲击波对固体颗粒的作用,求得了固体颗粒所获得的最大速度;该速度的颗粒足以打坏或嵌入固壁(混凝土)中,引起更严重的空化、空蚀,形成空蚀和磨蚀的恶性循环,以致大规模剥落过流固壁面等。     

用MPS方法数值模拟低充水液舱的晃荡

液体晃荡是一种非线性的自由面流动现象.在低充水率下,由于液体具有很大的运动空间,晃荡现象具有强烈的非线性特征,自由面的变形较大,剧烈时甚至会翻卷和破碎,这给数值模拟带来很大挑战.本文基于移动粒子半隐式法(Moving Particle Semi-Implicit,MPS)对低充水率的液舱晃荡问题进行了数值模拟.结果表明:当激励频率等于共振频率时,液体撞击到了液舱的顶板,并出现了飞溅现象,此时液体对侧舱壁产生了较大的抨击压力;在低于共振频率时,自由面出现了破碎波及波前的翻卷和融合等现象,抨击压力相对较小.计算结果表明,MPS方法能够很好地预测晃荡引起的拍击现象,数值计算得到的压力能够与实验结果很好地吻合.在自由面的追踪上,MPS方法具有很大的灵活性,能够很好地处理自由面的破碎、融合及液体的飞溅等流动现象.